数値解析によるレーザー焼入れ伝熱メカニズム解明と焼入れ深さ向上の実験的評価

北川 義大; 白濱 卓馬*; 木曽原 直之; 坪井 昭彦

第96回レーザ加工学会講演論文集(インターネット), p.91 - 96, 2022/01

レーザーを用いた焼入れ処理は、短時間かつ局所的に熱処理が可能であり、冷却材を必要としない特長がある。しかし、高周波焼入れなど従来の焼入れ方法と比較し、焼入れ深さが0.5mm0.7mmと浅く、用途が限られていた。本研究では、レーザー照射過程における材料内部の伝熱現象を数値解析にてシミュレーションすることで、より深い焼入れを得られる条件を実験的に評価した。その結果、低出力・低速度条件にて深さ方向への伝熱効果が得られ、焼入れ深さを向上できることがわかった。ただし、冷却材を使用しないことから、入熱が深くなることで冷却速度が低下し、焼入れ最深部にて必要な組織変化が得られず、硬度低下が生じた。そこで、非溶融かつ十分な冷却速度を確保するため、複数回の連続照射を実施し、最大1.4mmの焼入れ深さを達成することができた。